net課件第8章 物理層

1、第八章 物理層知識(shí)點(diǎn)n物理層功能n數(shù)據(jù)通信的基本知識(shí)n傳輸介質(zhì)n物理層特性和標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232接口物理層功能n物理層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最底層，直接和通信介質(zhì)打交道，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，其基本功能是在通信介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)0、1比特流的傳輸。 物理層功能n物理層不是指具體的傳輸介質(zhì)。 n物理層向上為數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)，向下直接與傳輸介質(zhì)相連，起著數(shù)據(jù)鏈路層與傳輸介質(zhì)之間的邏輯接口的作用。 數(shù)據(jù)通信的基本概念n信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)n信息發(fā)送前要編碼成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要用信號(hào)表示才能發(fā)送到對(duì)方。n對(duì)方從信號(hào)中還原出數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到信息。數(shù)據(jù) n數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是指離散（不連續(xù)）的量，指有限的幾

2、個(gè)值，如1，3，6，在這些值之間沒有其他的數(shù)據(jù)。 n模擬數(shù)據(jù)是指連續(xù)的量，包括某個(gè)范圍內(nèi)的所有可能的數(shù)據(jù)，如區(qū)間1，10之間所有的實(shí)數(shù)。 信號(hào)n與數(shù)據(jù)類似，信號(hào)也分成模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 n模擬信號(hào)是連續(xù)的，取遍某個(gè)區(qū)間內(nèi)的所有值。數(shù)字信號(hào)是離散的，只包含幾個(gè)值，如0，1，從一個(gè)值變?yōu)榱硪粋€(gè)值是以突變的形式出現(xiàn)的，沒有經(jīng)過中間的過程。 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)周期信號(hào)和非周期信號(hào)最基本的周期信號(hào)正弦信號(hào)信號(hào)的頻譜和帶寬 n一個(gè)信號(hào)可以分解成一系列正弦波的組合，這些正弦波都有著不同的頻率，組成這個(gè)信號(hào)的所有正弦波的頻率構(gòu)成一個(gè)集合，稱為信號(hào)的頻譜。 n在信號(hào)頻譜中最高頻率和最低頻率的差，稱為信號(hào)的帶寬

3、。 信道n信道是信號(hào)從一端到達(dá)另一端所走的通道，信道是建立在傳輸介質(zhì)之上的。一條傳輸介質(zhì)上可以有多條信道 ，一條信道只允許傳輸一路信號(hào)。 信道n根據(jù)傳輸信號(hào)的不同，信道可以分為模擬信道和數(shù)字信道，模擬信道用來傳輸模擬信號(hào)，而數(shù)字信道用來傳輸數(shù)字信號(hào)。 n每個(gè)信道都有其能夠傳輸信號(hào)的頻率范圍，這個(gè)范圍稱為信道的帶寬。信道的帶寬越大，數(shù)據(jù)的傳輸速率就越高。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 DTE和DCEnDTE是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal Equipment, DTE)，DTE產(chǎn)生、接收和處理二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，DTE最典型的代表是計(jì)算機(jī)。 nDCE是指數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(Data Circuit T

4、erminal Equipment, DCE) 。DCE將DTE產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男盘?hào)形式。最典型的DCE是調(diào)制解調(diào)器（Modem）。 DTE和DCE數(shù)據(jù)表示和信號(hào)轉(zhuǎn)換 n數(shù)據(jù)要從一端發(fā)送到另一端，必須先被轉(zhuǎn)換成信號(hào)，用信號(hào)來表示數(shù)據(jù)。 n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用數(shù)字信號(hào)來表示，也可以用模擬信號(hào)來表示。n模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號(hào)表示，也可以用數(shù)字信號(hào)表示。 n模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間可相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的目的是讓信號(hào)能夠更好地傳輸，能夠傳輸更遠(yuǎn)的距離或提供好的抗干擾性能。 數(shù)字?jǐn)?shù)字 n用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)稱為數(shù)字?jǐn)?shù)字編碼。 n三種編碼方式：不歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。 數(shù)字

5、數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬 n將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過程，稱為調(diào)制。 n將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)的三種基本方法是：n幅移鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）n頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）n相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK） 數(shù)字模擬模擬模擬 n模擬數(shù)據(jù)用模擬信號(hào)來表示，稱為模擬模擬調(diào)制。 n模擬模擬調(diào)制有三種方法：n調(diào)幅（Amplitude Mudulation，AM）n調(diào)頻（Frequency Mudulation ，F(xiàn)M）n調(diào)相（Phase Mudulation ，PM）。 模擬模擬n在調(diào)幅中，載波的振幅根據(jù)調(diào)制信號(hào)的

6、振幅變化而變化，載波的頻率和相位不發(fā)生變化。 n在調(diào)頻中，載波的頻率根據(jù)調(diào)制信號(hào)的振幅變化而變化，載波的振幅和相位不發(fā)生變化。 n在調(diào)相中，載波的相位根據(jù)調(diào)制信號(hào)的振幅變化而變化，載波的振幅和頻率不發(fā)生化。 模擬數(shù)字 n將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)稱為模擬數(shù)字。n將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的技術(shù)稱為脈碼調(diào)制（Pulse Code Mudulation，PCM）。 nPCM由4個(gè)過程組成：采樣、量化、二進(jìn)制編碼、數(shù)字?jǐn)?shù)字編碼。 PCM：采樣n采樣就是每隔一段相等的時(shí)間測量一次模擬信號(hào)的振幅。 PCM：量化n量化實(shí)際上把采樣后的結(jié)果劃分為若干個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)用一個(gè)數(shù)字來表示。 PCM：二進(jìn)制編碼 n二進(jìn)

7、制編碼是將量化的結(jié)果用二進(jìn)制數(shù)來表示。n需要用多少位二進(jìn)制數(shù)來表示一個(gè)量化結(jié)果取決于量化時(shí)劃分的等級(jí)數(shù)目，等級(jí)越多，需要的位數(shù)也就越多。n如量化結(jié)果在-127127之間，則需要的二進(jìn)制比特?cái)?shù)為8位，最高位的1位比特代表符號(hào)位，0代表正，1代表負(fù)，其余的7個(gè)比特代表數(shù)值的大小。 PCM：數(shù)字?jǐn)?shù)字編碼n采用數(shù)字?jǐn)?shù)字的編碼方式，將二進(jìn)制編碼得到0、1比特串轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過通信鏈路發(fā)送出去。 n在接收端收到數(shù)字信號(hào)后，依次進(jìn)行相反的逆過程，就可以得到原始的模擬信號(hào)。 數(shù)據(jù)傳輸方式n根據(jù)傳輸信號(hào)的類型，數(shù)據(jù)傳輸可以分為基帶傳輸和寬帶傳輸。n根據(jù)一次傳輸比特的數(shù)目，可以分為串行傳輸和并行傳輸。n根據(jù)數(shù)

8、據(jù)傳輸?shù)姆较蚝蜁r(shí)間劃分，可分為單工、半雙工和全雙工傳輸。 基帶傳輸和寬帶傳輸 n基帶信號(hào)就是將 0、1 直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。 n在數(shù)字信道中直接傳遞基帶信號(hào)，稱為基帶傳輸。 n寬帶信號(hào)則是將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號(hào)。使用模擬信道傳輸寬帶信號(hào)稱為寬帶傳輸。 并行傳輸n傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用多根導(dǎo)線，一次傳輸一組比特，這種方式稱為并行傳輸。 串行傳輸n傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只使用一根導(dǎo)線，比特是一個(gè)接著一個(gè)發(fā)送，這種方式稱為串行傳輸。 同步傳輸和異步傳輸n串行傳輸又分為同步傳輸和異步傳輸兩類。 n在異步傳輸中，傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)。對(duì)于每個(gè)要發(fā)送的字節(jié)，它的開始都要附

9、加一個(gè)比特，這個(gè)比特稱為起始位，起始位通常為0。同時(shí)這個(gè)字節(jié)的尾部還要加上一個(gè)比特，稱為停止位，停止位通常為1。字節(jié)和字節(jié)之間的間隙不固定。 同步傳輸和異步傳輸n在同步傳輸中，傳輸?shù)膯挝环Q為幀。一個(gè)幀可以包含多個(gè)字節(jié)，字節(jié)和字節(jié)之間沒有間隙，收發(fā)雙方傳遞的就是不間斷的0、1比特流。在每一幀的首尾會(huì)有特殊的比特組合作為標(biāo)志（如01111110），表示幀的開始和結(jié)束。 單工、半雙工和全雙工傳輸 n單工傳輸：單工傳輸也稱單工通信，是指數(shù)據(jù)只能沿一個(gè)固定的方向單向傳遞，例如有線電視和廣播 。n半雙工傳輸：半雙工傳輸也稱半雙工通信，是指兩站之間的數(shù)據(jù)可沿兩個(gè)方向交替?zhèn)魉停粫r(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳送。對(duì)

10、講機(jī)就是采用的半雙工通信。n全雙工傳輸：全雙工傳輸也稱為全雙工通信，是指通信雙方能夠同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。 復(fù)用技術(shù)n在一條鏈路上傳輸多路信號(hào)，這種方式就稱為復(fù)用，復(fù)用時(shí)一條鏈路上可以有多個(gè)信道，每個(gè)信道傳輸一路信號(hào)。 復(fù)用技術(shù)n常用復(fù)用技術(shù)有頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用和碼分復(fù)用。 頻分復(fù)用 n頻分復(fù)用（Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM）用于一條線路傳輸多路模擬信號(hào)，當(dāng)線路帶寬大于傳輸?shù)乃行盘?hào)帶寬時(shí)使用。 n頻分復(fù)用將線路的帶寬劃分為多個(gè)不同頻帶的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。 頻分復(fù)用 時(shí)分復(fù)用 n時(shí)分復(fù)用（Time Division Multipl

11、exing，TDM）用于一條線路傳輸多路數(shù)字信號(hào)，時(shí)分復(fù)用將鏈路分成了許多個(gè)時(shí)間片，每路信號(hào)分配一個(gè)時(shí)間片，每路數(shù)字信號(hào)輪流的占用鏈路。 n時(shí)分復(fù)用又可以分成同步時(shí)分復(fù)用和異步時(shí)分復(fù)用。 時(shí)分復(fù)用 n同步時(shí)分復(fù)用 時(shí)分復(fù)用n異步時(shí)分復(fù)用 傳輸介質(zhì)n傳輸介質(zhì)是信號(hào)傳遞的通道。傳輸介質(zhì)可以分為兩大類：導(dǎo)向傳輸介質(zhì)和非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)。 n導(dǎo)向傳輸介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜和光纖。 n非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)：無線通信，包括無線電、微波、紅外線等。 物理層標(biāo)準(zhǔn)n數(shù)據(jù)編碼成信號(hào)，要將信號(hào)從一端發(fā)送到另一端。這時(shí)就要使用一組導(dǎo)線來完成信號(hào)的傳輸，這組導(dǎo)線稱為接口。 n物理層標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定了通信接口的機(jī)械特性 、電氣特性 、功

12、能特性和規(guī)程特性。 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n機(jī)械特性：EIA-232標(biāo)準(zhǔn)定義具有25根引腳的DB-25插頭座，引腳分為上下兩排，上面13根，從左到右的編號(hào)為1至13，下面12根，從左至右編號(hào)為14至25。 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n電氣特性：電平采用負(fù)邏輯，-3-15V的電壓代表數(shù)據(jù)1，315V的電壓代表數(shù)據(jù)0。用“0”表示控制線的接通狀態(tài)，用“1”表示控制線的斷開狀態(tài)。連接線纜的長度小于等于15m，數(shù)據(jù)傳輸率小于等于20Kbps 。物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n功能特性 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n規(guī)程特性：定義了信號(hào)發(fā)送的先后順序。 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n主機(jī)利用Modem通信過

13、程：n（1）主機(jī)A將引腳20“數(shù)據(jù)終端就緒”置為ON，通知Modem A自己已經(jīng)就緒，并通過引腳2“發(fā)送數(shù)據(jù)”向Modem A傳送Modem B所對(duì)應(yīng)的電話號(hào)碼，Modem A 呼叫Modem B。 n（2）Modem B收到呼叫后，將引腳22“振鈴指示”置為ON，通知主機(jī)B有呼入信號(hào)。主機(jī)B將引腳20“數(shù)據(jù)終端就緒”置為ON，表示就緒。Modem B將引腳6“數(shù)據(jù)裝置就緒”置為ON，表示就緒，同時(shí)向A發(fā)出載波信號(hào)。 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n(3)Modem A收到載波信號(hào)后，將引腳8“載波檢測”和引腳6“數(shù)據(jù)裝置就緒”置為ON，通知主機(jī)A通信電路已經(jīng)建立，并向Modem B發(fā)出載波信號(hào)，Modem B收到后將引腳8“載波檢測”置為ON。至此，通信電路建立完畢，可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n(4)主機(jī)A將引腳4“請(qǐng)求發(fā)送”置為ON，請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。Modem A將引腳5“清除發(fā)送”置為ON，允許發(fā)送。 n(5)主機(jī)A通過2號(hào)引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，Modem A將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后通過電話網(wǎng)絡(luò)到達(dá)Mode